ฉันไม่เข้าใจว่าอำนาจจริงๆคืออะไร

ฉันรู้ว่านี่อาจเป็นคำถามที่ธรรมดามาก แต่ฉันต้องพูดด้วยคำพูดของตัวเอง

ฉันพยายามที่จะเข้าใจกฎของโอห์มด้วยการเปรียบเทียบน้ำ สองถังที่มีน้ำหนึ่งที่มีระดับสูงกว่าอื่น ๆ และท่อเชื่อมต่อทั้งสอง น้ำต้องการไหล มีวาล์วซึ่งหมายถึงตัวต้านทาน

สิ่งที่เริ่มสับสนคือเมื่อฉันเริ่มคิดถึงการกระจายความร้อนในวงจรไฟฟ้า ความร้อนนี้มาจากไหน?

มันไม่ได้มาจากแรงดันแรงดันเพราะถ้าเป็นเช่นนั้นวาล์วจะร้อนมากหากมีน้ำเพียงพอในถังที่สูงกว่าของทั้งสองถัง

ฉันได้อ่านแล้วว่าความร้อนมาจากการไหลของกระแสไฟฟ้าจริง ๆ ตอนแรกดูเหมือนว่าใช้งานง่าย แต่จากนั้นฉันก็ก้าวหน้าเพื่อพิจารณาว่าพลังคืออะไร นี่คือที่ที่ความสับสนเกิดขึ้นเพราะถ้าฉันเพิ่มความกดดันเป็นสองเท่าและเพิ่มความต้านทานเป็นสองเท่ากระแสก็จะยังคงเหมือนเดิม ฉันคิดว่านี่จะหมายความว่าการกระจายความร้อนจะยังคงเหมือนเดิม

แต่พลังนั้นเพิ่มเป็นสองเท่า ดังนั้นสิ่งที่จริงหมายถึงอะไร

รถถังของฉันสูบไปยังถังอื่นด้วยอัตราที่ต่างกันหรือไม่เนื่องจากพลังงานที่สูงขึ้นแม้ว่ากระแสที่เกิดขึ้นจริงจะคงที่หรือไม่?

พลังงานคืออะไร

คุณสามารถคิดได้ว่าเกิดอะไรขึ้นกับการไหลของอิเล็กตรอนในสาย แม้ว่าจะไม่จริงลองคิดว่าอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคเชิงกล เมื่อใดก็ตามที่มันพยายามเคลื่อนที่โดยใช้ลวดจะกระทบกับบางสิ่งและการชนนั้นจะสร้างความร้อน ดังนั้นคุณสามารถคิดถึงพลังงานที่ถูกถ่ายโอนจากพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนไปสู่ความร้อน (ดังนั้นความเร็วของอิเล็กตรอนจะลดลงในช่วงเวลานั้น) ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงไม่มีความเร็วคงที่ตลอดเวลาดังนั้นเราอาจกล่าวได้ว่าพวกมันมีความเร็วเฉลี่ยและความเร็วเฉลี่ยนี้ขึ้นอยู่กับความต้านทานของลวดซึ่งเป็นสิ่งกีดขวางที่อิเล็กตรอนชน

ลวดจะไม่ร้อนหากไม่มีความต้านทานใด ๆ ดังนั้นจะไม่มีการใช้พลังงานโดยลวด

เมื่อคุณเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่าและเพิ่มความต้านทานเป็นสองเท่าคุณอาจคิดว่าสนามไฟฟ้าภายในเส้นลวดนั้นสูงกว่าดังนั้นอิเล็กตรอนอาจถึงความเร็วสูงเร็วกว่าแรงดันไฟฟ้าต่ำ แต่ความต้านทานก็สูงขึ้นด้วยดังนั้นมันจึงสามารถชนกับสิ่งกีดขวางได้อย่างแข็งแกร่ง ดังนั้นความเร็วเฉลี่ยอาจกลายเป็นเหมือนเดิม (กระแสเท่ากัน) ตอนนี้คุณกระจายความร้อนมากขึ้นเนื่องจากการชนรุนแรงขึ้น

นี่เป็นวิธีคิดขั้นต้น แต่อาจช่วยให้คุณจินตนาการได้ว่าทำไมสิ่งต่าง ๆ ถึงเป็นแบบเปรียบเทียบ

นอกจากนี้คุณอาจคิดว่าพลังเป็นจูลต่อวินาที (วัตต์) ดังนั้นมันเกี่ยวข้องกับหน่วยพลังงานต่อเวลา ในตัวอย่างกฎหมายของโอห์มมันใช้กับการกระจายความร้อน กล่าวอีกนัยหนึ่งคือพลังงานสูญเปล่าในความร้อนตลอดทั้งเส้นลวด หากคุณนึกถึงระบบกลไกพลังงานอาจเป็นตัวแทนของพลังงานที่จำเป็นต่อการเคลื่อนย้ายบางสิ่งบางอย่าง (คุณสามารถคำนวณว่ามันเป็นพลังงานจลน์ขั้นต่ำเพื่อให้ได้ความเร็วที่ต้องการและเพื่อคำนวณว่าคุณควรถ่ายโอนพลังงานไปยังวัตถุนี้เท่าใด ดังนั้นเมื่อพลังงานมีความเกี่ยวข้องกับพลังงานคุณอาจคิดว่าพลังงานถูกถ่ายโอนจากลักษณะหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่งเสมอ พลังงานอาจบ่งบอกว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นเร็วแค่ไหน

สำหรับการเปรียบเทียบกลคิดความต้านทานไฟฟ้าเป็นกลแรงเสียดทานแรงดันไฟฟ้าเป็นแรงและปัจจุบันเป็นความเร็ว

สมมติว่ามีวัตถุอยู่ภายใต้แรงเสียดทานเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่

จะต้องมีการบังคับใช้ (คล้ายกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า) และแรงเสียดทานของฝ่ายตรงข้าม (คล้ายกับแรงดันทั่วตัวต้านทาน)

ตอนนี้เป็นคุณสังเกตก็แรงเสียดทานแปลงพลังงานจลน์เพื่อพลังงานความร้อน (คิดว่าวิธีการเบรกได้รับความร้อนเมื่อหยุดรถของคุณได้อย่างรวดเร็วจากความเร็วสูง)

พลังงานที่เกี่ยวข้องคืออัตราการแปลงพลังงานนี้ มันเป็นวิธีที่พลังงานจลน์มากจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนต่อวินาที

$F_f$

สิ่งนี้ควรเป็นสัญชาตญาณของคุณ หากคุณขยับมือช้าๆคุณจะไม่รู้สึกร้อนมาก หากคุณขยับมือเข้าด้วยกันอย่างรวดเร็วคุณสามารถทำให้ร่างกายอบอุ่นขึ้นได้อย่างรวดเร็ว

แรงเสียดทานจะได้รับจาก:

$\mu$

ในที่สุดเรามาตอบคำถามของคุณ:

เพราะถ้าฉันเพิ่มความดันเป็นสองเท่าและเพิ่มความต้านทานกระแสเป็นสองเท่า ฉันคิดว่านี่จะหมายความว่าการกระจายความร้อนจะยังคงเหมือนเดิม

แต่พลังนั้นเพิ่มเป็นสองเท่า ดังนั้นสิ่งที่จริงหมายถึงอะไร

ในการเปรียบเทียบเชิงกลของเราจะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราเพิ่มความเสียดทานเป็นสองเท่า (ซึ่งคล้ายกับการเพิ่มความต้านทานเป็นสองเท่า) และสมมติว่าความเร็วของวัตถุยังคงเท่าเดิม (ซึ่งคล้ายกับกระแสที่เหลืออยู่เท่าเดิม)

แรงเสียดทานเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าและด้วยเหตุนี้กำลังไฟฟ้าจากแรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

กลไกนี้ใช้งานง่าย ถ้าคุณอยู่ในรถที่ความเร็วคงที่และแรงเสียดทานกลิ้งจู่คู่คุณจะต้องไปคู่เอาท์พุทกำลังเครื่องยนต์ (กดคันเร่งหนักขึ้น) เพื่อรักษาความเร็วของคุณ

พลังงานเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรกและอัตราการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน หากพลังงานเป็นเงินการสูญเสียพลังงานจะเป็นค่าใช้จ่ายรายเดือนของคุณและพลังงานที่ได้รับจะเป็นรายได้รายเดือนของคุณ หากพวกเขาเท่ากันก็ไม่มีพลังงานสุทธิเปลี่ยนแปลงในแต่ละเดือน

แต่พลังงานคืออะไรจริงเหรอ? พลังงานคือสิ่งที่คุณต้องใช้ในการทำงานเช่นการยกของหนัก (กับสนามแรงโน้มถ่วง) หรือดึงแม่เหล็กสองอันออกจากกัน (กับสนามแม่เหล็ก) หรือแทนที่อนุภาคที่มีประจุ (กับสนามไฟฟ้า) นี่เป็นตัวอย่างสุดท้ายที่ใช้กับไฟฟ้าขั้นพื้นฐาน

โดยทั่วไปคุณสามารถกำหนดชนิดของอนุภาคที่มีความอ่อนไหวและสามารถผลักไปมาได้โดยอยู่ภายในสนามและสนามก็เป็นวิธีหนึ่งในการแสดงภาพและการหาปริมาณภายในองศาอิสระของอนุภาคนี้ (เช่นพิกัดเชิงพื้นที่) มันผลักไปในทิศทางใด

ดังนั้นการเคลื่อนย้ายอนุภาคนี้ไปทั่วสนามจึงต้องใช้พลังงาน หากคุณกำหนดจุด A โดยพลการภายในสนามและคำนวณพลังงานเพื่อให้ได้อนุภาคไปยังจุด B อีกจุดหนึ่งคุณอาจบอกว่าจุด B นั้นมีศักยภาพเท่ากับพลังงานนี้ ตั้งแต่ A โดยพลการมันก็สมเหตุสมผลแล้วที่จะพูดถึงความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น

ในบริบทของสนามไฟฟ้าความไวของอนุภาค (เช่นอิเล็กตรอน) ในสนามนี้เรียกว่าประจุและหน่วยที่เรียกว่าคูลอมบ์ ดังนั้นศักยภาพที่มีหน่วยของพลังงาน / ค่าใช้จ่ายหรือ [จูล] / [ประจุไฟฟ้า] ซึ่งเป็นเช่นเดียวกับแรงดันไฟฟ้า

ดังนั้นถ้าคุณมีความต่างศักย์ระหว่างกับจุด A และ B ในวงจร (แรงดันไฟฟ้า) และมีประจุจำนวนหนึ่งไปจาก A ถึง B ในอัตราหนึ่ง (กระแส) นั่นคืออัตราพลังงาน กำลังหมดแรง (กำลัง) มันไม่สำคัญเลยว่าพวกเขาจะเปลี่ยนจากจุด A ไปยังจุด B ได้อย่างไร (ผ่านสายตัวต้านทานตัวต้านทานไดโอดทรานซิสเตอร์อากาศดินสอ ฯลฯ ) สิ่งที่สำคัญคือแรงดันและกระแสและพลังงานเป็นผลิตภัณฑ์ของพวกเขา:

คุณสามารถตรวจสอบหน่วย:

$P=V^2/R$$P=V\cdot I$$P=V^2/R$

หวังว่าในตอนนี้มันควรจะชัดเจนกว่าว่าทำไมหากไม่มีกระแสไม่สามารถใช้พลังงานใด ๆ ได้ (คุณไม่ได้แทนที่อนุภาคที่มีประจุดังนั้นจึงไม่มีงานทำ) และทำไมพลังงานไม่ขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าเท่านั้น ศูนย์ที่มีศักยภาพไม่จำเป็นต้องมี 'ความพยายาม' ใด ๆ ) มันเกี่ยวกับจำนวนเงินที่คุณเคลื่อนที่ต่อหน่วยเวลาและความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น

ตามความหมายพลังงานคืออัตราที่พลังงานถูกถ่ายโอนหรือเปลี่ยนแปลง
หากคุณถือว่าสิ่งนี้เป็นสิ่งจำเป็นพื้นฐานคำถามอื่น ๆ ทั้งหมดจำเป็นต้องสมเหตุสมผลด้วยความเคารพต่อสิ่งนี้
หากคำถามไม่ได้ "เคารพ" คำจำกัดความนั้นคำถามก็ไม่สมเหตุสมผล
การพยายามเข้าใจคำตอบของคำถามไร้สาระนั้นเต็มไปด้วยอันตราย :-)

มันไม่ได้มาจากแรงดันแรงดันเพราะถ้าเป็นเช่นนั้นวาล์วจะร้อนมากหากมีน้ำเพียงพอในถังที่สูงกว่าของทั้งสองถัง

คุณมีแรงกดดัน แต่ไม่มีอะไรไหล พลังงานไม่ได้ถูกถ่ายโอน - ไม่จำเป็นต้องใช้พลังงาน

ฉันได้อ่านแล้วว่าความร้อนมาจากการไหลของกระแสไฟฟ้าจริง ๆ ตอนแรกดูเหมือนว่าใช้งานง่าย แต่จากนั้นฉันก็ก้าวหน้าเพื่อพิจารณาว่าพลังคืออะไร นี่คือที่ที่ความสับสนเกิดขึ้นเพราะถ้าฉันเพิ่มความกดดันเป็นสองเท่าและเพิ่มความต้านทานเป็นสองเท่ากระแสก็จะยังคงเหมือนเดิม ฉันคิดว่านี่จะหมายความว่าการกระจายความร้อนจะยังคงเหมือนเดิม แต่พลังนั้นเพิ่มเป็นสองเท่า ดังนั้นสิ่งที่จริงหมายถึงอะไร

ติดตามพลังงาน
เนื่องจาก I = V / R = 2V / 2R กระแสจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อทั้ง V และ R เป็นสองเท่า
แต่พลังงานที่จำเป็นในการผลักดันกระแสเดียวกันผ่านท่อสองครั้งความต้านทานจะเป็นสองเท่า ใช่?
เช่นความดันและความต้านทานสองเท่า -> กระแสเท่ากัน แต่อัตราการไหลของพลังงานเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าดังนั้นพลังงานจึงเพิ่มเป็นสองเท่า

โปรดทราบว่าพลังงาน

= VI = V ^ 2 / R = I ^ 2R

สูตรเหล่านี้มีหน้าที่เหมือนกันและสามารถใช้แทนกันได้
คุณสามารถเปลี่ยนจากตัวแปรหนึ่งไปเป็นอีกตัวแปรได้
หากหนึ่งในนั้นเหมาะสมกับคุณคุณสามารถรับส่วนที่เหลือจากมันได้โดยเพียงแค่เสียบตัวแปรสำหรับตัวแปรตามกฎของโอห์ม

เช่น
P = V x I แต่ V = IR
ดังนั้นP = IR x I = I ^ 2R

P = I ^ 2R แต่ I = V / R ดังนั้นP = (V / R) ^ 2 = V ^ 2 / R

หากคุณมีความสุขกับพลังที่ถูก 'อธิบาย' โดย VI หรือ V ^ 2 / R หรือ I ^ R ใด ๆ ข้างต้นจะช่วยให้คุณแสดงให้เห็นว่าคนอื่น ๆ เหมือนกัน

P = V x I
อัตราพลังงานเป็นสัดส่วนกับปริมาณของสิ่งที่ผลักและวิธีการผลักมันยาก

P = I ^ 2R
อัตราพลังงานนั้นแปรผันกับการผลักของยาก แต่สัดส่วนกับกำลังสองของสิ่งที่ถูกผลักเพราะ เมื่อคุณเพิ่มปริมาณของสิ่งที่ผลักผ่านท่อที่กำหนดให้เป็นสองเท่า ต่อเวลา แต่มันยากกว่าที่จะดันสองเท่า

P = V ^ 2 / R
อัตราพลังงานเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแรงผลักดัน แต่สัดส่วนแปรผกผันกับความยากที่จะดัน
1 / R นั้นง่ายมากโดยใช้ความพยายามน้อยกว่า = ต้องการพลังงานน้อยลง
หากคุณเพิ่มแรงขึ้นเป็นสองเท่าคุณใช้แรงเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าดังนั้นอัตราพลังงานจะเพิ่มขึ้น แต่อัตราการไหลก็เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า (I = V / R) ดังนั้นคุณต้องกดแรงสองเท่าให้มากขึ้นเป็นสองเท่า

ทุกอย่างสมเหตุสมผล
ทุกอย่างสอดคล้องกัน
มันสามารถเปลี่ยนใจได้ระหว่างวิธีพูดต่าง ๆ
เมื่อใดก็ตามที่ 3 ข้อใดไม่ปรากฏว่าเป็นจริงให้โจมตี "เหตุผล" ที่ดูเหมือนไม่เป็นเช่นนั้นและคุณจะพบว่าเหตุผลมีข้อบกพร่อง
เช่นในตัวอย่างแรกเนื่องจากไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลจึงไม่มีการถ่ายโอนพลังงานจึงไม่มีพลังงาน